Propriedades Coligativas

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Alana Domingues Ferreira
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1 1. Introdução Propriedades Coligativas Algumas propriedades do solvente mudam quando um soluto é dissolvido nele para formar uma solução. O ponto de congelamento da água salgada, por exemplo, é menor que para a água pura. Propriedades deste tipo são chamadas de propriedades coligativas, e também incluem a pressão de vapor, ponto de ebulição, e a pressão osmótica das soluções. Em soluções diluídas, todas as propriedades coligativas dependem do número de partículas do soluto presente na solução e não da natureza da partícula. Por isso o nome propriedades coligativas, significando que são propriedades que dependem do conjunto, e não do indivíduo. Neste experimento, será visualizado o efeito de três propriedades coligativas: osmose, elevação do ponto de ebulição (elevação ebulioscópica), e diminuição do ponto de congelamento (abaixamento crioscópico). Osmose Se duas soluções de concentrações diferentes estão separadas por uma membrana semi-permeável através da qual apenas o solvente é capaz de atravessar, o solvente passará da solução mais diluída para a solução mais concentrada. Este fenômeno é conhecido como osmose (do grego empurrão ). A pressão osmótica,, é a pressão que deve ser aplicada à solução para impedir a passagem do solvente entre as duas soluções. A pressão osmótica depende da diferença de concentração entre as duas soluções, e está relacionada com o fato do potencial químico do solvente diminuir devido à presença do soluto. Nesta parte do experimento, a magnitude da pressão osmótica não será medida, mas o fluxo associado a passagem de solvente através da membrana será visualizado. Elevação Ebulioscópica O ponto de ebulição de uma solução é diferente do ponto de ebulição do solvente puro. Para entender este efeito, precisamos considerar o equilíbrio heterogêneo entre o solvente no vapor e o solvente na solução. O equilíbrio ocorre em uma temperatura em que:, onde * indica o potencial químico do solvente puro nos estados gasoso (g) ou líquido (l), e x A indica a fração molar do solvente na solução. O rearranjo da equação acima indica uma relação entre a variação de energia livre de vaporização e a composição da solução. Através de tratamento matemático, é possível mostrar que a presença de um soluto, com fração molar x B (1-x A ) provoca um aumento no ponto de ebulição do solvente de T b para T b + T b, sendo que:

Propriedades deste tipo são chamadas de propriedades coligativas, e também incluem a pressão de vapor, ponto de ebulição, e a pressão osmótica das soluções.

2 Como a equação acima não faz referência à natureza do soluto, somente à sua fração molar, conclui-se que a elevação ebulioscópica é uma propriedade coligativa. Para aplicações práticas, observa-se que x B é proporcional a sua molalidade (m) na solução, de maneira que: T b = m.k b onde K b é a constante ebulioscópica, empírica, do solvente. A concentração molal (m) usada acima é calculada por: mols de soluto m= massa de solvente (em kg) m = número de mols de soluto dissolvidos em 1 kg de solvente Abaixamento Crioscópico A diferença de temperatura de fusão e ebulição de soluções em relação aos solventes puros são calculadas por equações semelhantes apenas as constantes são diferentes. A constante crioscópica, K f, pode ser calculada experimentalmente por um procedimento similar ao usado para determinar K b. O equilíbrio heterogêneo envolvido na diminuição do ponto de congelamento é entre o solvente puro no estado sólido e a solução com o soluto presente em uma fração molar x B. No ponto de congelamento (ponto de fusão), os potenciais químicos do solvente nas duas fases são iguais: A única diferença entre este cálculo e o anterior é o aparecimento do potencial químico do sólido em lugar do vapor. Portanto, por analogia, pode-se escrever que: T f = m.k f Nesta equação, m é a concentração molal do soluto na solução, e K f é a constante crioscópica, empírica, do solvente. Os valores numéricos de K b e K f diferem para cada solvente e devem ser determinados experimentalmente. Por exemplo, para o benzeno, K f = 4,90; enquanto que para o ácido acético, K f = 3, Objetivos Demonstrar o movimento do solvente através de uma membrana como resultado da pressão osmótica. Medir a elevação do ponto de ebulição da água como resultado da adição de um soluto, e calcular a constante ebulioscópica para a água. Medir o decréscimo do ponto de congelamento da água resultante da adição de um soluto e calcular a constante crioscópica da água.

A concentração molal (m) usada acima é calculada por: mols de soluto m= massa de solvente (em kg) m = número de mols de soluto dissolvidos em 1 kg de solvente Abaixamento Crioscópico A diferença de

3 3. Procedimento Experimental 3.1 Materiais Utilizados Sacarose Cloreto de sódio (NaCl) Etilenoglicol (OHCH 2 CH 2 OH) Água destilada Gelo moído Pedrinhas de ebulição Bastão de vidro Termômetro Balança analítica 02 Vidro de relógio 04 béqueres de 250 ml 03 béqueres de 100 ml Papel celofane e elásticos 3.2 Procedimento Osmose e Pressão Osmótica Prepare uma solução de açúcar dissolvendo cerca de 10g de sacarose em 90 ml de água destilada. Pegue um pedaço de papel celofane e umedeça-o em água. Prenda um lado com elástico para formar um tubo. Coloque 5 ml da solução de açúcar no tubo de celofane, e prenda o lado superior eliminando a maioria do ar. Repita esse procedimento em outro tubo de celofane, enchendo-o apenas com água destilada. Identifique os dois tubos. Enxague os tubos cuidadosamente com água e seque-os levemente com papel. Pese cada um dos tubos. Coloque a solução de açúcar que sobrou em um béquer de 250 ml, e em outro béquer, coloque cerca de 100 ml de água destilada. Coloque o celofane com água dentro do béquer com a solução de açúcar, e o celofane com açúcar no béquer com água. Deixe as amostras nos béqueres por pelo menos uma hora. Quanto maior o tempo, melhores serão os resultados. Siga para o próximo experimento. Depois de 1:00 h, remova as amostras, enxague-as e seque o excesso de água. Pese-as na mesma balança utilizada nas etapas anteriores.

04 béqueres de 250 ml 03 béqueres de 100 ml Papel celofane e elásticos 3.

4 Abaixamento Crioscópico Pese um béquer seco e limpo. Adicione gelo moído para preencher metade do béquer. Use uma proveta para adicionar cerca de 25 ml de água destilada ao béquer. Pese o béquer novamente. Use um termômetro para medir a temperatura mais baixa que atingiu a mistura no béquer. Marque esta temperatura como o ponto de congelamento da água pura. Pese cerca de 5 g de cloreto de sódio e adicione-o no béquer com água e gelo. Coloque o termômetro na mistura. Cuidadosamente, misture com um bastão de vidro até que o gelo flutuante no béquer forme uma fina camada cobrindo mais da metade da superfície. Neste ponto, leia a temperatura no termômetro sem retirá-lo da mistura. A temperatura deste ponto é o ponto de congelamento da solução. (esta etapa deve levar cerca de 5-8 minutos). Esvazie, enxague e seque o béquer. Adicione gelo e água novamente e pese-o. Anote a temperatura. Pese um béquer de 50 ml vazio. Usando uma proveta, coloque cerca de 4,5 ml de etilenoglicol no béquer e pese-o novamente. Transfira o etilenoglicol para a mistura de gelo e água. Enxague os últimos traços de etileno glicol do béquer utilizado na pesagem com um pouco da água do banho de gelo. Agite a mistura resultante e marque a menor temperatura observada. Elevação Ebulioscópica Coloque cerca de 50 ml de água destilada num bequer de 100 ml e adicione pedrinhas de ebulição para evitar a evolução violenta de bolhas. Aqueça até a água começar a ferver vigorosamente. Meça o ponto de ebulição mergulhando completamente o bulbo do termômetro na água fervente, mas sem deixar que toque o fundo do béquer. Esvazie e seque o béquer Com a ajuda de uma proveta, adicione exatamente 50 ml de água destilada no béquer e adicione as pedrinhas de ebulição. Pese cerca de 20g de sacarose (açúcar) e adicione à água no béquer, mexendo até dissolver. Aqueça a mistura até a fervura e meça a temperatura. Esvazie o béquer, limpe-o e seque-o. Repita o procedimento, mas substitua o açúcar por 20 ml de etilenoglicol. Usando um béquer de 50 ml, pese a massa de 20 ml de etileno glicol. Se necessário, retire os traços do soluto com um pouco da mistura. Aqueça até a fervura e meça o ponto de ebulição.

Pese cerca de 5 g de cloreto de sódio e adicione-o no béquer com água e gelo. Coloque o termômetro na mistura.

5 4. Discussão dos Resultados Osmose e Pressão Osmótica Use as massas dos celofanes para determinar se cada amostra ganhou ou perdeu massa. A partir destes resultados, determine a direção do fluxo do solvente e se a concentração de açúcar dentro da amostra é maior, menor ou igual ao do líquido externo. Crioscopia e Ebulioscopia A massa total de água em cada amostra é igual à massa de gelo mais a massa de água adicionada da proveta. A partir da massa de NaCl adicionada, calcule o número de mols de NaCl e a concentração molal na mistura. Calcule T f pela diferença do ponto de congelamento da mistura e da água pura, e então, utilizando a concentração molal, calcule K f. Faça os mesmos cálculos para os resultados obtidos com a solução de etileno glicol. Da mesma maneira que no item anterior, calcule a concentração molal das soluções de sacarose e de etileno glicol. Calcule a variação na temperatura de ebulição em ambos os casos e determine K b. 5. Bibliografia 1. P.Atkins; J.dePaula, Físico-Química. 9 a. Ed, Vol.1. Rio de Janeiro: LTC S.L.Seager; M.L.Slabaugh; Safety-Scale Laboratory Experiments for Chemistry for Today. Seventh Edition. Belmont : Brooks/Cole

Crioscopia e Ebulioscopia A massa total de água em cada amostra é igual à massa de gelo mais a massa de água adicionada da proveta.

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